JP5644434B2 - 電力変換装置及びこれを使用した電気駆動車両 - Google Patents
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Description
この種の電力変換装置にあっては、数百ボルトの直流電力を交流電力に変換するため、電力変換装置を構成するパワーモジュールや平滑用コンデンサ等の発熱を避けることはできず、少なくともパワーモジュール及び平滑用コンデンサを冷却する必要がある。
このため、平滑用コンデンサ、リアクトル及びスイッチングユニットの発熱部品の冷却を冷却プレートによってのみ行う構造となっているので、冷却プレートの上下間に気体の流通通路がないので、冷却プレートの上下間に温度差が生じてしまうため、冷却プレートの冷却能力を高温側に合わせて設計する必要があるとともに、高さが比較的高いリアクトルや平滑用コンデンサは、その一部が冷却プレートに接触しているだけであるので、全面を効率よく冷却することができないという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、簡易・小型な構成で、コンデンサ及びパワーモジュール等の回路部品の冷却を十分に行うことができる電力変換装置及びこれを使用した電気駆動車両を提供することを目的としている。
この構成によると、液冷ヒートシンクの気体通路を通じて気体を循環させたときに、循環気体によってコンデンサの全面を冷却することができ、コンデンサの冷却効率を向上させることができる。
この構成によると、2つの分割筐体に分けて配置された回路部品間の電気的接続を、別途専用のスルーホール等を形成することなく、気体通路を通じて容易に行うことができる。
この構成によると、液冷ヒートシンクに供給する冷却媒体を、連結部を設けることなく直接給排することができ、接続構造を簡易化することができるとともに、筐体内での液漏れを確実に防止することができる。
この構成によると、液冷ヒートシンクの回路部品装着面は平面度が良好に形成されているので、この平面度の良好な外周縁にシール部を形成することにより、確実なシール機能を得ることができる。
この構成によると、発熱が大きいパワーモジュールや大形部品であるリアクトルについては直接液冷ヒートシンクで冷却することができる。
この構成によると、大形の熱交換用冷却フィンをリアクトルに併置することにより、リアクトルでは気体の通過が遮られるので、気体を循環させた場合に気体が熱交換用冷却フィンを通ることになり、循環気体を効率よく冷却することができる。
この構成によると、上記効果を有する電力変換装置を使用して電気駆動車両の走行用電動モータを制御するので、電力変換装置での発熱を抑制して安定した走行を確保することができる。
しかも、分割筐体間で気体通路を介して気体を循環させることにより、液冷ヒートシンクによる冷却効果と、循環気体による冷却効果とを得ることができ、冷却効果を向上させることができる。
このとき、気体の循環路に液冷ヒートシンクに固定した熱交換用冷却フィンを設けることによって、より冷却効果を向上させることができる。
また、上記効果を有する電力変換装置を使用して走行用電動モータを制御することにより、制御装置の耐久性の高い電気駆動車両を提供することができる。
図1は本発明を電気駆動車両としての電気自動車に適用した場合の概略構成を示す図である。
図中、1は電気自動車であって、この電気自動車1は、例えば車両前部側に前端を駆動する電動モータ2が配設されているとともに、この電動モータ2を駆動する駆動装置を構成する電力変換装置3及びこの電力変換装置3に対して制御信号を供給する車両制御装置4が配設され、さらに電力変換装置3及び車両制御装置4に対して電源を供給する多数の蓄電池を収納する蓄電池収納部5が配設されている。
そして、液冷シートシンク7の前端面には、冷却媒体としの冷却水が供給される冷却水供給口13及び冷却水排出口14が突出形成されている。また、液冷ヒートシンク7の内部には、図7及び図8に示すように、冷却水供給口13に連通する冷却水溜まり15が気体通路11及び12間に前後方向に延長して形成されているとともに、冷却水排出口14に連通する冷却水溜まり16が冷却水溜まり15と対向するように気体通路11及び12間に前後方向に延長して形成されている。また、冷却水溜まり15及び16間には、左右方向に延長する断面積が小さい多数の冷却水挿通溝17が形成されている。
そして、チョッパ回路を構成する液冷ヒートシンク7の上面に配置されたIGBTモジュール21と液冷ヒートシンク7の下面に配置されたリアクトル23とは、図4に示すように、気体通路12を通る電気接続ケーブル28によって電気的に接続されている。
これら制御基板31及び電源基板32のそれぞれは、上部分割筐体6Hの内周面に、固定された支持部材33によって支持されている。この支持部材33は、上部分割筐体6Hの前後左右の内壁に固定された複数のL字状の固定金具34と、この固定金具34によって支持された金属板又は厚手のガラス入りエポキシ樹脂等の剛性の高い支持基板35と、この支持基板35の上面における前後端部及び前後方向の中央部にそれぞれ植立された複数本のスペーサ36とで構成されている。ここで、スペーサ36は、図2に示すように、頭部に雌ねじ部が形成された円柱部36aと、この円柱部36aの下端面から下方に突出する支持基板35に形成された取付孔37内に貫通される支持突起36bとで構成されている。
今、図9に示すように、液冷ヒートシンク7と下部分割筐体6L及び上部分割筐体6Hとが分離され、且つ上部分割筐体6Hから蓋体8が分離されている状態にあるものとする。この状態では、液冷ヒートシンク7には上面に前述したようにIGBTモジュール21及び22を装着し、下面にリアクトル23、放熱フィン24及び送風ファン25を装着して置く。同様に、下部分割筐体6Lにコンデンサ26及び27が固定して置く。
そして、電源基板32の装着が完了すると、上部分割筐体6Hの上面に蓋体8を装着してボルト締めすることにより、上部分割筐体6Hと蓋体8とをパッキン55でシールして液密状態で連結することにより、電力変換装置3が構成される。
このように、電力変換装置3が作動状態となると、各回路部品が発熱することになり、特に発熱量の大きいIGBTモジュール21,22とリアクトル23とは直接液冷ヒートシンク7に接触されて固定されているので、液冷ヒートシンク7を流れる冷却水によって冷却される。
そして、冷却された空気が送風ファン25のルーバーによって冷却風としてコンデンサ26及び27に分散されて吹き付けられ、これらコンデンサ26及び27を冷却する。このとき、コンデンサ26及び27は図3に示すように、液冷ヒートシンク7の気体通路12に対して前後方向に所定の間隔を開けて挿通されているので、冷却風がコンデンサ26及び27の全側面を冷却して通ることができ、コンデンサ26及び27の冷却効果を向上させることができる。
また、コンデンサ26及び27の一部を気体通路12内に挿通するようにしたので、この分下部分割筐体6Lの高さを低くすることができ、電力変換装置3全体を小型化することができる。同様に、気体通路12を介してチョッパ回路を構成するIGBTモジュール21とリアクトル23とを電気的に接続する電気接続ケーブル28で接続するようにしたので、別途電気接続ケーブルを挿通する挿通部を形成する必要がない。
なお、上記実施形態においては、気体通路11及び12を左右方向に延長する一つの長孔で形成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく各気体通路11及び12を延長方向に分割して形成することもできる。また、気体通路12は、コンデンサ26,27を挿通しない場合には、送風ファン40の下側にのみ形成することができる。その他、気体通路は2つに限らず3以上の気体通路を形成することもできる。
同様に、IGBTモジュール21,22やコンデンサ26,27の個数も任意に設定することができ、電力変換する交流の相数も使用する電動モータの相数に応じて任意に変更することができる。
さらに、上記実施形態においては、本発明による電力変換装置を電気自動車に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、軌条を走行する鉄道車両にも本発明を適用することができ、任意の電気駆動車両に適用することができ、さらに電力変換装置としては電気駆動車両に限らず、他の産業機器における電動モータ等のアクチュエータを駆動する場合に本発明の電力変換装置を適用することができる。
Claims (8)
- 少なくともスイッチング素子を有して直流電力を交流電力に変換するパワーモジュールと前記直流電力を平滑化する複数のコンデンサとを、密閉構造の筐体内に配置した電力変換装置であって、
前記筐体は、2つに分割された分割筐体と、該2つの分割筐体間に両者を分断するように介挿され、且つ前記パワーモジュールを装着した平板状の液冷ヒートシンクとで構成され、
前記液冷ヒートシンクに前記2つの分割筐体間を連通する気体通路を形成したことを特徴とする電力変換装置。 - 前記液冷ヒートシンクは、前記2つの分割筐体間を連通する複数の気体通路が形成され、少なくとも1つの気体通路内に前記コンデンサの一部を収容するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記液冷ヒートシンクは、前記2つの分割筐体間を連通する複数の気体通路が形成され、少なくとも1つの気体通路内に当該2つの分割筐体に収容された電気部品を接続する接続ケーブルが挿通されていることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記液冷ヒートシンクは、外周面が外部に露出され、該外周面の一部に給水口及び排水口が突出形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記液冷ヒートシンクは、前記2つの分割筐体と接触する外周縁にシール部が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記液冷ヒートシンクは、一方の分割筐体側にインバータ及びチョッパ回路を構成する前記パワーモジュールを配置し、他方の分割筐体側にチョッパ回路を構成するリアクトルが配置されていることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の電力変換装置。
- 前記液冷ヒートシンクは、前記リアクトルを配置した装着面に熱交換用冷却フィンを併置したことを特徴とする請求項6に記載の電力変換装置。
- 前記請求項1乃至7の何れか1つに記載した電力変換装置を使用して走行用電動モータを制御するようにしたことを特徴とする電気駆動車両。
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